实验三超声波测距电路设计
一．实习的性质：综合
二．实验目的：
通过本实验了解和掌握超声波传感器测量的原理和方法，加深理解超声波传感器的处理电路设计，掌握温度补偿的办法及提高测量精度的方法。
三、实验的时间分配：总学时12学时
1、电路设计4学时
2、电路焊接4学时
3、电路调试4学时
四、实验地点：东一教811和816实验室
五、实验要求：
1、理解超声波测距原理及方法。
2、根据给出的题目，参照附录中给定的题目所需的参考资料，自行设计超声波测距的发射与接收电路，并理解和掌握整体电路的设计思路和电路的工作原理。
3、根据设计的电路图独立完成电路的焊接及调试工作，掌握焊接方法及调试步骤。
扩展练习：采用单片机实现超声波测距的原理、方法及接口电路的设计。
六、实验原理
声波是一种能在气体、液体和固体中传播的机械波。根据振动频率的不同，可分为次声波、声波、超声波和微波等。
1)次声波：振动频率低于l6Hz的机械波。
2)声波：振动频率在16—20KHz之间的机械波，在这个频率范围内能为人耳所闻。
3)超声波：高于20KHz的机械波。
超声波与一般声波比较，它的振动频率高，而且波长短，因而具有束射特性，方向性强，可以定向传播，其能量远远大于振幅相同的一般声波，并且具有很高的穿透能力。例如，在钢材中甚至可穿透10米以上。
超声波在均匀介质中按直线方向传播，但到达界面或者遇到另一种介质时，也像光波一样产生反射和折射，并且服从几何光学的反射、折射定律。超声波在反射、折射过程中，其能量及波型都将发生变化。
超声波在界面上的反射能量与透射能量的变化。取决于两种介质声阻抗特性。和其他声波一样，两介质的声阻抗特性差愈大，则反射波的强度愈大。例如，钢与空气的声阻抗特性相差10万倍，故超声波几乎不通过空气与钢的介面，全部反射。
超声波在介质中传播时，随着传播距离的增加，能量逐渐衰减，能量的衰减决定于波的扩散、散射 (或漫射)及吸收。扩散衰减，是超声波随着传播距离的增加，在单位面积内声能的减弱；散射衰减，是由于介质不均匀性产生的能量损失；超声波被介质吸收后，将声能直接转换为热能，这是由于介质的导热性、粘滞性及弹性造成的。
以超声波为检测手段，包括有发射超声波和接收超声波，并将接收的超声波转换成电量输出的装置称为超声波传感器。习惯上称为超声波换能器或超声波探头。常用的超声波传感器有两种，即压电式超声波传感器 (或称压电式超声波探头)和磁致式超声波传感器。本实验采用的是压电式超声波传感器, 主要由超声波发射器(或称发射探头)和超声波接收器(或称
接收探头)两部分组成，它们都是利用压电材料(如石英、压电陶瓷等)的压电效应进行工作的。利用逆压电效应将高频电振动转换成高频机械振动，产生超声波，以此作为超声波的发射器。而利用正压电效应将接收的超声振动波转换成电信号，以此作为超声波的接收器。
6.1压电式超声波传感器的原理
目前，超声波传感器大致可以分为两类：一类是用电气方式产生的超声波，一类是用机械方式产生的超声波。电气方式包括压电型、磁致伸缩型和电动型等；机械方式有加尔统笛、液哨和气流旋笛等。它们所产生的超声波的频率、功率和声波特性各不相同，因而用途也各不相同。在工程中，目前较为常用的是压电式超声波传感器。
压电式超声波传感器实际上是利用压电晶体的谐振来工作的。压电式超声波发生器的内部有两个压电晶片和一个共振板。当它的两极外加脉冲信号，且其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动，便产生超声波。反之，如果两电极间未外加电压，当共振板接收到超声波时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换为电信号，这时即为超声波接收器。
6.2超声波传感器的测距原理：超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。超声波在空气中的传播速度为340m/s，根据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距障碍物的距离S，即：S=340t/2
图1 超声波传感器结构示意图
为了提高精度，需要考虑不同温度下超声波在空气中传播速度随温度变化的关
系： v=331.4+0.61T
式中，T为实际温度(℃)，v的单位为m/s。
七．注意事项：
1.使用电烙铁注意安全。烙铁会产生高热，万一不小心碰触将会导致严重烫伤，
使用时千万要小心。
2.焊接每个结点不要超过一秒钟：焊接时间过久，会导致焊锡过热反白，电子
零件也会因为过热而损坏，因此要特别注意焊接时间。正常不过热的接点，焊锡会
呈现金属光泽。
3.接点形状：以立体圆弧形状为佳，过大、过小、尖塔状、孔隙没有填满都是
不良的接点形状。
4.检测电子零件：试问您在焊接之前，是否确定每一个电子零件都是好的？是
否都用万用表作过测量？任何一个电子零件故障，都会导致整个电路无法正常工作，所以这个程序是绝对必要的，您检测了么？
八．成绩考核：
1.电路设计：30分/4学时
2.焊接电路：30分/4学时
3.电路调试：30分/4学时
4.实验报告：10分
九、参考资料：
附录一：超声波测距系统的发射与接收电路的设计
在工程实践中，超声波由于指向性强、能量消耗缓慢且在介质中传播的距离较远，因而经常用于距离的测量。它主要应用于倒车雷达、测距仪、物位测量仪、移动机器人的研制、建筑施工工地以及一些工业现场等，例如：距离、液位、井深、管道长度、流速等场合。利用超声波检测往往比较迅速、方便，且计算简单、易于做到实时控制，在测量精度方面也能达到工业实用的要求，因此得到了广泛的应用。
1、超声波测距原理及系统组成
超声波测距是借助于超声脉冲回波渡越时间法来实现的。设超声波脉冲由传感器发出到接收所经历的时间为t，超声波在空气中的传播速度为v，则从传感器到目标物体的距离D可用下式求出：D = v t /2 ，图2是相应的系统框图：
图2 超声波测距系统组成框图
基本原理：经发射器发射出长约6mm，频率为40KHZ的超声波信号。此信号被物体反射回来由接收头接收，接收头实质上是一种压电效应的换能器。它接收到信号后产生mV级的微弱电压信号。
2、电路原理
2.1 超声波发射电路
由两块555集成电路组成。IC1（555）组成超声波脉冲信号发生器，工作周期计算公式如下，实际电路中由于元器件等误差，会有一些差别。
条件: RA =9.1MΩ、RB=150KΩ、C=0.01μF
TL = 0.69 x RB x C
= 0.69 x 150 x 103 x 0.01 x 10-6 = 1 msec
TH = 0.69 x (RA + RB) x C
= 0.69 x 9250 x 103 x 0.01 x 10-6 = 64 msec
IC2组成超声波载波信号发生器。由IC1输出的脉冲信号控制，输出1ms频率40kHz，占空比50％的脉冲，停止64ms。计算公式如下：
条件: RA =1.5KΩ、RB=15KΩ、C=1000pF
TL = 0.69 x RB x C
= 0.69 x 15 x 103 x 1000 x 10-12= 10μsec
TH = 0.69 x (RA + RB) x C
= 0.69 x 16.5 x 103 x 1000 x 10-12= 11μsec
f = 1/(TL + TH)
= 1/((10.35 + 11.39) x 10-6) = 46.0 KHz
由IC3（CD4069）组成超声波发射头驱动电路。
2.2 超声波接收电路
超声波接收头和IC4组成超声波信号的检测和放大。反射回来的超声波信号经IC4的2级放大1000倍（60dB），第1级放大100倍（40dB），第2级放大10倍（20dB）。由于一般的运算放大器需要正、负对称电源，而该装置电源用的是单电源（9V）供电，为保证其可靠工作，这里用R10和R11进行分压，这时在IC4的同相端有4.5V的中点电压，这样可以保证放大的交流信号的质量，不至于产生信号失真。
C9、D1、D2、C10组成的倍压检波电路取出反射回来的检测脉冲信号送至IC5进行处理。
IC5组成信号比较电路，对接收信号进行调整输出，供后续电路测量使用，下面分析其工作原理。
由Ra、Rb、IC5组成信号比较器。其中
Vrf = (Rb x Vcc)/(Ra + Rb) = (47KΩ x 9V)/(1MΩ + 47KΩ) = 0.4V
所以当IN3点（IC5的反相端）过来的脉冲信号电压高于0.4V时，OUT4点电压将由高电平"1"到低电平"0"。图示参数的最小测量距离在40cm左右。
附录二：基于ATmega8的超声波倒车雷达实现方案
1 引言
由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中的传播距离较远，因而超声波经常用于距离测量，如测距仪和物位测量仪等都可以用超声波来实现。利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求，因此在移动机器人、汽车工业等领域中有广泛的应用。
本文根据笔者所在的武汉理工大学汽车电子电器研究所研发的一种由单片机开发的超声波倒车雷达报警器方案，详细介绍了其硬件软件实现过程。
2 设计目标
报警器利用超声波回声测距的原理，测量车后一定距离内的物体，并以AVRmega8系列单片机作为中心控制单元。这种超声波雷达可以及时显示车后障碍物的距离和方位，显示范围为0. 5m~9.9m，当距离大于2m时显示车后障碍物的方位;当距离小于2m时，除了显示其方位外，还可按照三段距离分别给出三种报警信号，以警示司机三种不同程度的紧急状态，使司机据此作出相应的操作，防止事故的发生。
3 超声波测距原理
3.1 超声波发生器
超声波发生器分为两类:一类是用机械方式产生超声波，包括加尔统笛、气流笛等一类是用电气方式产生超声波，包括压电型、磁致伸缩型和电动型等;它们所产生的超声波的频率、功能和声波特性各不相同，因而用途也各不相同。目前较为常用的是压电型超声波发生器。
3.2 压电式超声波发生器原理
压电式超声波发生器实际上是利用压电晶体的谐振来工作的。超声波发生器内部有两个压电晶片和一个共振板。当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有频率时，压电晶
片将会发生共振，并带动共振板振动，便产生超声波。反之，如果两电极间未加电压，当共振板接受到超声波时，将压迫压电晶片做振动，将机械能转换为电信号，这是它就成为超声波接收器了。
3.3 超声波测距原理
超声波测距是通过不断检测发射后遇到障碍物所反射的回波，从而测出发射和接收回波的时间差t，然后求出距离S=Ct/2,式中的C为超声波波速。
由于超声波也是一种声波，其速度C与温度有关，在温度确定后，只要测得超声波往返时间，即可求得距离。
4 Atmega8的功能特点
ATMEL公司在2002年第一季度推出的一款新型AVR单片机。在AVR家族中，ATmega8L是一款非常特殊的单片机，它的芯片内部集成了大容量的寄存器和丰富的硬件接口电路，具有其他高档AVR单片机MEGA系列的全部特点，采用了小引脚封装(为DIP28)，价格却与低档单片机相当，同时具有AVR单片机的ISP(在线编程)性能。是AVR高档单片机中内部接口丰富、功能齐全、性价比最好的品种。它的主要性能如下:
4.1 先进的RISC精简指令集结构
130条功能强大的指令，大多数为单时钟周期指令;32个8位通用工作寄存器;工作在16MHz 时具有16MIPS的性能;执行速度为2个时钟周期的片内乘法器。
4.2 大容量的非易失性程序和数据存储器
ATmega8L具有可擦写10000次的8K字节Flash程序存储器;支持在线编程(ISP);擦写10000 0次的512字节的，1K字节内部SRAM。带有独立加密位的可选BOOT区，通过BOOT区内的引导程序区实现在系统编程，而且写操作时真正可读。
4.3 外部性能
2个比较模式的带预分频的8位定时/计数器;1个带有预分频器;一个独立振荡器的异步实时时钟;3个PWN通道;8个通道A/D/转换，6路10位A/D+2/路8位A/D;6个通道A/D转换，4路10位A/D+2/路8位A/D;1个I2C的串行接口，1个串行USART接口，1个SPI同步串行接口;片内看门狗定时器。
4.4 特殊功能
包括上电复位和可编程的低电压检测、内部可校准的ＲＣ振荡器、五种睡眠模式(空闲模式、ＡＤＣ噪声抑制模式、省电模式、掉电模式、待命和扩展待命模式)、可用软件选择时钟频率、可通过一个熔丝选定的兼容模式以及全局上拉禁止等。ATmega8L的独有特点包括上电复位和可编程的低电压检测、内部可校准的ＲＣ振荡器、五种睡眠模式(空闲模式、ＡＤＣ噪声抑制模式、省电模式、掉电模式、待命和扩展待命模式)、可用软件选择时钟频率、可通过一个熔丝选定ATmega8L的兼容模式以及全局上拉禁止等。
5 系统的硬件设计
5.1 超声波发送
超声波发送脉冲如图1所示。40kHz的超声波发送脉冲信号由单片机mega8的PB0口送出，其脉冲宽度及脉冲间隔均由软件控制。脉冲宽度约为125μs～200μs，即在一个调制脉冲内
包5～8个40kHz的方波。脉冲发送间隔取决于要求测量的最大距离及测量通道数。本系统有四路测距通道，采用分时工作，按左、中、右的顺序循环测距。若在有效测距范围内有被测物的话，则在后一路超声波束发出之前应当接收到前一路发同的反射波，否则认为前一路无被测物。因此按有效测距范围可以估算出最短的脉冲间隔发送时间。例如:最大测距范围为5 m时，脉冲间隔时间t=2s/v=2×5/340≈30ms，实际应取t≥30ms。
图1 超声波发送脉冲波形图
5.2 超声波接收
回波很弱，因而转换为电信号的幅值也较小，为此要求将信号放大60万倍左右。采有三级放大。放大后的交流信号经光电隔离送入比较器，比较器的作用是将交流信号整形输出一个方波信号，此方波信号上升沿使D触发器触发，向CPU发中断申请。在中断服务程序中，读取时间计数器的计数值，并结合温度换算出的速度算出发射到接收的距离。
5.3 时间计测
超过波从发射到接收的间隔时间的测定是由单片机内部的计数器T1来完成的。在调试过程中出现的发送部分与接收部分的直接串扰问题是由于换能器之间的距离不大，有部分声波未经被测物就直接绕射到接收换能器上。从发射开始一直到“虚假反射波”结束这段时间，不会发中断申请，可有效躲避干扰，但也会形成所谓的“盲区”。本系统的盲区约为20cm左右。
5.4 报警灯显示
由于mega8有较强的驱动能力(驱动电流可达到20mA)，可直接由mega8驱动三组(每组四路)的发光二级管作为报警显示器。
6 系统的软件设计
中断服务程序分为INT0，INT1，T0,T0设置为30ms中断一次，其任务就是每隔30ms产生5~ 8个40kHz的方波作为超声波脉冲并按顺序送到四个通道，即产生如图1所示的超声波发射脉冲。T0的中断服务程序流程如图2所示:
图2 中断服务程序流程图
INT0中断子程序读取A/D转换结果，并将相应数据值转换为环境温度值;INT1停止T0、T1计数，根据T1内容计算时间T，并进行最终距离的计算。先计算超声波传播速度:
，再计算距离:D=CT/2，并将计算结果送入缓冲区以备通讯。T1工作在方式1。
7 误差分析
本系统最大测距误差在8cm左右，测距的盲区为20cm。
(1) 入射角
超声波波束对探测目标的入射角的影响。
(2) 过零点触发
超声波回波声强与待测距离的远近有关系，所以实际测量时，不一定是第一个回波的过零点触发。
(3) 声速修正
超声波传播速度对测距的影响。波的传播速度取决于传播媒质的特性。传播媒质的温度、压力、密度对声速都将产生直接的影响。因此需对声速加以修正。对于测距而言，引起声速变化的主要原因是媒质温度的变化。本文采用声速预置和媒质温度测量结合的方法对声速进行修正，可有效地消除温度变化对精度的影响。
8 结束语
该系统经过大量实验数据测试表明系统满足设计要求,通过修改部分子程序可根据需要扩展成六通道、二通道、单通道的汽车后视仪及根据不同的要求作不同的报警处理。例如在该设计中加入了一时钟芯片X1203 ,通过添加一些程序就可以实现时钟
显示与倒车报警的二合一产品，有较好的推广价值。
附录三：时差法超声测距仪的研制
超声波是由机械振动产生的，可在不同介质中以不同的速度传播，具有定向性好、能量集中、传输过程中衰减较小、反射能力较强等优点。超声波传感器可广泛应用于非接触式检测方法，它不受光线、被测物颜色等影响，对恶劣的工作环境具有一定的适应能力，因此在水文液位测量、车辆自动导航、物体识别等领域有着广泛的应用。本文着重介绍脉冲回波法的超声空气测距原理及系统构成。
1、工作原理
超声波测距是通过不断检测超声波发射后遇到障碍物所反射的回波，从而测出发射和接收回波的时间差Δｔ，然后求出距离S。在速度V已知的情况下，距离S的计算，公式如下：S=＝VΔt/2
在空气中，常温下超声波的传播速度是334米/秒，但其传播速度V易受空气中温度、湿度、压强等因素的影响，其中受温度的影响较大，如温度每升高１℃，声速增加约0.6米/秒。因此在测距精度要求很高的情况下，应通过温度补偿的方法对传播速度加以校正。已知现场环境温度Ｔ时，超声波传播速度Ｖ的计算公式如下：
V=331.5+0.607T
这样，只要测得超声波发射和接收回波的时间差Δt以及现场环境温度T，就可以精确计算出发射点到障碍物之间的距离。
微电脑超声测距仪的硬件结构框图如图１所示。该系统由AT89C2051单片机、超声波发射电路、接收放大电路、环境温度采集电路及显示电路组成。ＡＴAT89C2051单片机是整个
的频率信号以系统的核心部件，用来协调各部件的工作。先由单片机控制的振荡源产生40KH
Z
驱动超声波传感器，它每次发射10个脉冲。当第一个超声波脉冲发射后，计数器开始计数，在检测到第一个回波脉冲的瞬间，计数器停止计数，这样就能够得到从发射到接收的时间差Δｔ；同时温度采集电路也将现场环境温度数据采集到单片机中，以在计算距离时对超声波传播速度进行修正。根据所采集到的数据最终利用单片机计算出被测距离，并由显示器显示出来。
图1 微电脑超声波测距仪的硬件结构和时差信号波形
1.1 单片机与各部分电路的接口
本系统以AT89C2051单片机为核心来实现对各部分电路的控制和响应。在进行硬件设计时，AT89C2051的串行口RXD、TXD分别与显示电路的RXD和TXD相连，构成串行静态显示电路；定时/记数器T0与V/F转换器LM331的输出端相连，实现频率采集功能；P1.7与CMOS 多谐振荡器的控制端相连，可通过软件使P1.7口输出高电平或低电平，从而控制超声波的发射；P1.6通过一个开关二极管IN4148与比较器的基准电压产生电路控制端连接，发射超声波时置P1.6 为“1”； P1.2口连接比较器LM324的输出端，这样，通过扫描P1.2口就可以判断是否接收到回波。
1.2超声波发射及驱动电路
超声波发射及驱动电路如图2所示，由与非门CD4011组成的CMOS多谐振荡器产生40KH
Z`
的振荡源，为了控制振荡的产生或者停止，把第一个门U1的一个输入端作为控制端C，当C ＝“0”时，振荡停止；C＝“1”时，产生振荡。将C端与AT89C2051单片机的P1.7口连接后，就可通过微处理器来控制超声波的发射。需要注意的是，控制脉冲的频率（P1.7口高、低电平的变化频率）必须远低于多谐振荡器的振荡频率。该电路的振荡周期可由以下公式得出：T=2.2R T C T
由于超声波的传播距离与它的振幅成正比，为了使测距范围足够远，可对振荡信号进行功率放大后再加在超声波传感器上。本电路采用CD4049组成驱动电路可将振荡信号的幅度放大一倍，从而增加了超声波的传播距离，扩大了测距范围。
图2 超声波发射及驱动电路
为防止绝缘电阻下降导致超声波传感器转换性能变坏，不能长时间的对传感器施加直流电压。因此在电路中串入一个耦合电容C1，通过它可以将直流电压转换为等幅的交流电压，从而保证测距仪能够长时间可靠、稳定的工作。
1.3 超声波接收及过零检测电路
超声波接收及过零检测电路原理图如图3所示。由于超声波在空气中传播时，其能量的衰减程度与传播距离成正比，所以超声波传感器接收信号一般在1mv~1V之间。为了便于使用，接收电路要提供100倍以上的放大增益。此外，接收传感器输出的是正弦波信号，这就需要设计交流放大电路。本系统选用两片OP07组成两级放大电路，对接收到的超声波信号进行放大处理。信号经过放大以后，输入LM324的正端并与基准电压相比较，使LM324的输出端（与单片机的P1.2口连接）输出高电平，单片机接收到回波后立即停止记时。
图3 超声波接收及过零检测电路
在单片机控制超声波发射（P1.7置“１”）的同时，P1.6输出一个高电平，给电容C5充电，并经一串联分压网络将该电压输出到比较器的负端，这样可以有效抑制由于超声波发射器发射的超声波直接辐射到接收器而导致的比较器误反转，从而得到错误检测信号。发射结束后P1.6口由高电平翻转为低电平，比较器的负端也为低电平，若LM324的输出端为高电平，则表明已接收到回波信号。
1.4 温度采集及V/F转换电路
温度采样电路部分包括测温电桥、放大电路和V/F转换电路。其中V/F转换电路原理如图4所示。测温电桥采用铂热电阻PT100做为温度传感器。经取样电桥采样后，将温度信号转换成电压信号，再经放大后接入由LM331组成的V/F转换电路。该电路转换精度高，数字分辨率可达12位。
直接影响转换结果F0，因此对由公式f0＝Vi/( RLRT) 可知，电阻RS、RL、RT和电容C
T
元件的精度要有一定的要求。电容CL对转换结果虽然没有直接的影响，但应选择漏电流小的电容器。电阻R1和电容C1组成低通滤波器，可减少输入电压中的干扰脉冲，有利于提高转换精度。
图4 由LM331构成V/F转换电路
2、软件设计
由于超声发射传感器与超声接收传感器相隔很近，当发射超声波时，接收传感器会收到很强的干扰信号。为防止系统的误测，在软件上采用延迟接收技术，来提高系统的抗干扰能力。一旦按下起始键，即发送发射超声波的指令，同时单片机控制系统开始执行程序，完成对温度的采样、滤波，然后获得发送、接收超声波的时间间隔，最后计算出距离值。本系统软件采用模块化设计，由主程序、测距子程序、测温子程序、显示子程序等主要模块组成。主程序框图如图5所示。
3、结束语
超声测距仪系统利用超声波传感器实现无接触式空气测距，并充分考虑到环境温度对超声波传递速度的影响，通过温度补偿的方法对传递速度予以校正，因此具有较高的测量精度。
本系统具有测量精度高，抗干扰能力强，反应速度快等特点，适用于水文液位测量、障碍物的识别以及车辆自动导航等领域，具有广阔的应用前景。
附录四：芯片引脚图
LM358引脚图NE5532 引脚图OP07 引脚图
LM331 引脚图NJM4580D 引脚图
CD4011 引脚图CD4049 引脚图
LM311 引脚图CD4069 引脚图
超声波测距电路设计实验----------元器件清单
超声波测距仪电路设计实验报告 轮机系楼宇071 周钰泉2007212117 实验目的：了解超声波测距仪的原理，掌握焊接方法，掌握电路串接方法，熟悉电路元件。 实验设备及器材：电烙铁，锡线，电路元件 实验步骤：1,学习keil软件编写程序2、焊接电路板3、运行调试 超声波测距程序： #include
unsigned char i; sbit ST=P3^0; sbit OE=P3^1; sbit EOC=P3^4; sbit CLK=P3^5; sbit M1=P3^6; sbit M2=P3^7; sbit SPK=P2^6; sbit LA=P3^3; sbit LB=P3^2; sbit LC=P2^7; sbit K1=P2^4; sbit K2=P2^5; bit wd; bit yw; bit shuid; bit shuig; unsigned int cnta; unsigned int cntb; bit alarmflag; void delay10ms(void) { unsigned char i,j; for(i=20;i>0;i--) for(j=248;j>0;j--); } void main(void) { M1=0; M2=0; yw=1; wd=0; SPK=0; ST=0; OE=0; TMOD=0x12; TH0=0x216; TL0=0x216; TH1=(65536-500)/256; TL1=(65536-500)%256; TR1=1; TR0=1; ET0=1; ET1=1; EA=1; ST=1; ST=0; while(1) { if(K1==0) { delay10ms(); if(K1==0) { yw=1; wd=0; } } else if(K2==0) { delay10ms(); if(K2==0) { wd=1; yw=0; } } else if(LC==1) { delay10ms(); if(LC==1) { M1=0; M2=1; temp1=13; shuid=0; shuig=1; LB=0; } } else if((LC==0) && (LB==1)) { delay10ms(); if((LC==0) && (LB==1)) { M1=0; M2=0; temp1=12; shuig=0; shuid=0; LB=0; }
目录 一、课程设计目的 (2) 二、内容及要求 (2) 2.1、设计内容 (2) 2.2、设计要求 (2) 三、超声波传感器的工作原理 (2) 四、系统框图 (3) 五、单元电路设计原理 (3) 5.1、51系列单片机的功能特 (4) 5.2、超声波发射电路 (4) 5.3、超声波检测接收电路 (5) 六、完整的电路图………………………………………………………………… 七、程序流程图 (6) 八、参考文献 (7) 九、设计中的问题及解决方法 (7) 十、总结 (7)
一、课程设计目的 通过《传感器及检测技术》课程设计，掌握传感器及检测系统设计的方法和设计原则及相应的硬件调试的方法。进一步理解传感器及检测系统的设计和应用。 二、内容及要求 超声波测距系统设计 2.1设计内容 采用40KHz的超声波发射和接收传感器测量距离。可采用发射和接收之间的距离，也可将发射和接收平行放在一起，通过反射测量距离。 功能：1）LED数码管显示测量距离，精确到小数点后一位（单位：cm）。 2）测量范围：30cm～200cm。 3）误差＜0.5cm。 4）其它。 2.2设计要求 1）掌握传感器的工作原理及相应的辅助电路设计方法。 2）独立设计原理图及相应的硬件电路。 3）设计说明书格式规范，层次合理，重点突出。并附上详细的原理图。 三、超声波传感器的工作原理 由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量。利用超声波检测距离，设计比较方便，计算处理也较简单，并且在测量精度方面也能达到农业生产等自动化的使用要求。 目前在近距离测量方面常用的是压电式超声波换能器。根据设计要求并综合各方面因素，本文采用AT89C51单片机作为控制器，用动态扫描法实现LED数字显示，超声波驱动信号用单片机的定时器。 超声波测距的原理是利用超声波的发射和接受，根据超声波传播的时间来计算出传播距离。实用的测距方法有两种，一种是在被测距离的两端，一端发射，另一端接收的直接波方式，适用于身高计；一种是发射波被物体反射回来后接收的反射波方式，适用于测距仪。此次设计采用反射波方式。 理论计算 如图1所示为反射时间法，是利用检测声波发出到接收到被测物反射回波的时间来测量距离其原理如图所示，对于距离较短和要求不高的场合我们可认为空气中的声速为常数，我们通过测量回波时间T利用公式(T/2) C S=其中，S为被 * 测距离、V为空气中声速、T为回波时间（T2 =），这样可以求出距离： T1 T+
//晶振:11.0592 //TRIG:P1.2 ECH0:P1.1 //波特率：9600 #include
{ j=10; while(--j); } } } void zd0() interrupt 1 //T0中断用来计数器溢出，超出测距范围{ flag=1; //中断溢出标志 } void StartModule() //T1中断用来扫描数码管和计800ms启动模块{ TX=1; //800MS启动一次模块 _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); TX=0; } void main(void) { TMOD=0x21; //设T0为方式1,GATE=1; SCON=0x50; TH1=0xFD; TL1=0xFD; TH0=0; TL0=0;
指导教师评定成绩： 审定成绩： 自动化学院 计算机控制技术课程设计报告设计题目：基于单片机的超声波测距系统设计 单位（二级学院）： 学生姓名： 专业： 班级： 学号： 指导教师： 负责项目： 设计时间：二〇一四年五月 自动化学院制
目录 一、设计题目 (1) 基于51单片机的超声波测距系统设计 (1) 设计要求 (1) 摘要 (2) 二、设计报告正文 (3) 2.1 超声波测距原理 (3) 2.2系统总体方案设计 (4) 2.3主要元件选型及其结构 (5) 2.4硬件实现及单元电路设计 (9) 2.5系统的软件设计 (13) 三、设计总结 (17) 四、参考文献 (17) 五、附录 (18) 附录一：总体电路图 (18) 附录二：系统源代码 (18)
一、设计题目 基于51单片机的超声波测距系统设计 设计要求 1、以51系列单片机为核心，控制超声波测距系统； 2、测量范围为：2cm~4m，测量精度：1cm； 3、通过键盘电路设置报警距离，测出的距离通过显示电路显示出来； 4、当所测距离小于报警距离时，声光报警装置报警加以提示； 5、设计出相应的电子电路和控制软件流程及源代码，并制作实物。
摘要 超声波具有传播距离远、能量耗散少、指向性强等特点，在实际应用中常利用这些特点进行距离测量。超声波测距具有非接触式、测量快速、计算简单、应用性强的特点，在汽车倒车雷达系统、液位测量等方面应用广泛。本次课设利用超声波传播中距离与时间的关系为基本原理，以STC89C52单片机为核心进行控制及数据处理，通过外围电源、显示、键盘、声光报警等电路实现系统供电、测距显示、报警值设置及报警提示的功能。软件部分采用了模块化的设计，由系统主程序及各功能部分的子程序组成。超声波回波信号输入单片机，经单片机综合分析处理后实现其预定功能。 关键词：STC89C52单片机； HC-SR04；超声波测距
[收稿日期]2003207208 [作者简介]李建法(1955— ),男,河南林州人,副教授,从事自动控制研究。超声波测距的电路设计与单片机编程 李建法,李立新,李勇,牛洹波 (安阳师范学院物理系,河南安阳455000) [摘 要]介绍了基于单片机处理的超声波测距系统的组成,工作原理和程序设计方法。本系统可用于需要测量距离参数的各种应用场合。 [关键词]超声波;单片机;测距电路 [中图分类号]TP36811 [文献标识码]A [文章编号]167125330(2003)0520047202 距离是在不同的场合和控制中需要检测的一个参数,所以,测距就成为数据采集中要解决的一个问题。尽管测距有多种方式,比如,激光测距,微波测距,红外线测距和超声波测距等。但是,超声波测距不失为一种简单可行的方法。虽然超声波测距电路多种多样,甚至已有专用超声波测距集成电路。但是,有的电路复杂,技术难度大,有的调试困难,有的元件不易购买。本文介绍的电路,成本低廉,性能可靠,所用元件易购,并且利用测距原理,结合单片机的数据处理,使测量精度提高,电路实现容易,无须调试,工作稳定可靠。 超声波测距通常采用度越时间法,即利用s =vt/2计 算被测物体的距离。式中s 为收发头与被测物体之间的距离,v 为超声波在介质中的传播速度(v =331.4 1+T/273m/s ),t 为超声波的往返时间间隔。工作原理 为:发射头发出的超声波以速度v 在空气中传播,在到达 被测物体时被其表面反射返回,由接收头接收,其往返时间为t ,由s 算出被测物体的距离。T 为环境温度,在测量精度要求高的场合必须考虑此影响,但在一般情况下 ,可舍去此法,由软件进行调整补偿。 1 电路设计 电路框图如图1所示。 图1 整机电路框图 111超声波发送电路 超声波发送电路如图2所示。555电路产生40K H 的振荡信号,门电路产生低频调制脉冲,脉冲持续时间为 160μs 左右,脉冲间隔为30—40ms (视需要调整)。此脉冲信号一路作为振荡器的置位脉冲,另一路作为计时的起始脉冲。在置位期间,振荡器输出频率为40K H 的脉冲信号(约8个脉冲),由超声波发射头T 40—16发射出去。 图2 超声波发送电路 112超声波接收电路 图3 超声波收电路 超声波的接收电路如图3所示。它采用通用的FPS —4091红外接收组件,但是,需要将红外接收管PH302换为超声波接收头R40—16。因为在距离较远时,回波信号很弱,使用此接收组件,可以在有效的测距范围内保证接收到的信号其输出达到TT L 电平,避免了为达到几十万倍的放大量而采用多级运放组成的调试困难的高增益放大电路,十分便于制作,且电路无需调试。图中T 为进一步整 形放大,可增大测量距离,反相器为满足单片机需要不同极性的信号而加入。 2 软件设计 本系统的程序主要包括启、停脉冲检测,计时,盲区延 7 42003年 安阳师范学院学报
10米超声波测距仪设计实现 一、功能要求 设计一个超声波测距仪，可以测量测距仪与被测物体间的距离。要求测量范围0.1~10.00米，测量精度1cm，测量时与被测物体不接触，并将测量结果显示出来。 二、系统硬件电路 1．单片机系统及显示电路 单片机采用89C51或89S51。采用12MHz高精度晶振，以获得较稳定的时钟频率，减小测量误差。单片机用p1.0端口输出超声波换能器所需的40Hz方波信号，利用外中断0口监测超声波接受电路输出的返回信号。显示电路采用简单实用的4位共阳极LED数码管，段码用74LS244驱动，位用PNP8550驱动。 2．超声波发射电路 主要由74LS04和超声波换能器T构成。这种推挽形式的方波信号可以提高发射强度。反相器并联提高驱动能力。上拉电阻R1、R2提高74LS04输出高电平的驱动能力。 3．超声波接收电路 CX20106A是接收38KHz超声波的芯片，可利用它做接收电路。 4．系统程序 超声波测距仪的软件主要由主程序、超声波发生子程序、超声波接收中断程序及显示子程序组成。 主程序：
开始 系统初始化 发送超声波脉冲 等待反射超声波 计算距离 显示结果 丢系统初始化，设置T0为方式1，EA=1，P0，P2清0。为避免超声波发射器直接接传送到接收器，需要延时0.1ms。由于时钟的频率是12MHz，计数器每计一个数就是1us。如果按声速344m/s，则d=c*t/2=172T0 cm 超声波发生子程序：通过P1.0端口发送2个左右超声波脉冲信号，脉宽12us，同时T0计数。 超声波测距仪利用中断0检测返回的超声波，一旦接收到返回的信号，立即进入中断。中断后就立即关闭T0停止计时。如果计数器益出则测试不成功。 3方案设计和选择 根据本次设计的要求，方案的选择应力求实用性强，性价比高，使用简单。 3.1 超声波测距的基本原理 谐振频率高于20kHz的声波被称为超声波。超声波
超声波测距程序（详细C语言数码管显示） #include
超声波测距电子电路设计详解 在自主行走机器人系统中，机器人要实现在未知和不确定环境下行走，必须实时采集环境信息，以实现避障和导航，这必须依靠能实现感知环境信息的传感器系统来实现。视觉、红外、激光、超声波等传感器都在行走机器人中得到广泛应用。由于超声波测距方法设备简单、价格便宜、体积小、设计简单、易于做到实时控制，并且在测量距离、测量精度等方面能达到工业实用的要求，因此得到了广泛的应用。本文所介绍的机器人采用三方超声波测距系统，该系统可为机器人识别其运动的前方、左方和右方环境而提供关于运动距离的信息。 超声波测距原理 超声波发生器内部由两个压电片和一个共振板组成。当它的两极外加脉冲信号，且其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动，便产生超声波。反之，如果两极间未加外电压，当共振板接收到超声波时，就成为超声波接收器。超声波测距一般有两种方法：①取输出脉冲的平均电压值，该电压与距离成正比，测量电压即可测量距离；②测量输出脉冲的宽度，即发射超声波与接收超声波的时间间隔t，根据被测距离s=vt？2来得到测
量距离，由于超声波速度v与温度有关，所以如果温度变化比较大，应通过温度补偿的方法加以校正。 本测量系统采用第二种方法，由于测量精度要求不是特别高，所以可以认为温度基本不变。本系统以PIC16F877单片机为核心，通过软件编程实现其对外围电路的实时控制，并提供给外围电路所需的信号，包括频率振动信号、数据处理信号等，从而简化了外围电路，且移植性好。系统硬件电路方框图见图1。 图1 系统硬件电路方框图 由于本系统只需要清楚机器人前方、左方、右方是否有障碍物，并不需要知道障碍物与机器人的具体距离，因此不需要显示电路，只需要设定一距离阀值，使障碍物与机器人的距离达到某一值时，单片机控制机器人电机停转，这可通过软件编程实现。
高精度超声波测距系统设计。 引言 利用超声波测量距离的原理可简单描述为：超声波定期发送超声波，遭遇障碍物时发生反射，发射波经由接收器接收并转化为电信号，这样测距技术只要测出发送和接收的时间差， 然后按照下式计算，即可求出距离： 由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量，如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求， 因此，广泛应用于倒车提醒、建筑工地、工业现场等的距离测量。目前的测距量程上能达到百米数量级，测量的精度往往能达到厘米数量级。本文在分析现有超声波测距技术基础之上， 给出了一种改进方案，测量精度可达毫米级。 2 系统方案分析与论证 2.1 影响精度的因素分析 根据超声波测距式(1)可知测距的误差主要是由超声波的传播速度误差和测量距离传播 的时间误差引起的。 对于时间误差主要由发送计时点和接收计时点准确性确定，为了能够提高计时点选择的准确性，本文提出了对发射信号和加收信号通过校正的方式来实现准确计时。此外，当要求测距误差小于 1 mm时，假定超声波速度C=344 m／s(20℃室温)，忽略声速的传播误差。则测距误差s△t<0.000 002 907 s，即2.907 ms。根据以上过计算可知，在超声波的传播速度是准确的前提下，测量距离的传播时间差值精度只要在达到微秒级，就能保证测距误差小于1 mm的误差。使用的12 MHz晶体作时钟基准的89C51单片机定时器能方便的计数到1μｓ的精度，因此系统采用AT89S51的定一时器能保证时间误差在 1 mm的测量范围内。
单片机课程设计 一、需求分析： 超声波测距器，可以应用于汽车倒车、建筑施工工地以及一些工业现场的位置监控，也可用于如液位、井深、管道长度的测量等场合。要求测量围在１m，测量精度1cm，测量时与被测物体无直接接触，能够清晰稳定地显示测量结果。由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量，如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求，因此在移动机器人的研制上也得到了广泛的应用。 本文旨在设计一种能对中近距离障碍物进行实时测量的测距装置，它能对障碍物进行适时、适量的测量，起到智能操作，实时监控的作用。 关键词单片机AT82S51 超声波传感器测量距离 二、硬件设计方案 设计思路 超声波传感器及其测距原理 超声波是指频率高于20KHz的机械波。为了以超声波作为检测手段，必须产生超生波和接收超声波。完成这种功能的装置就是超声波传感器，习惯上称为超声波换能器或超声波探头。超声波传感器有发送器和接收器，但一个超声波传感器也可具有发送和接收声波的双重作用。超声波传感器是利用压电效应的原理将电能和超声波相互转化，即在发射超声波的时候，将电能转换，发射超声波；而在收到回波的时候，则将超声振动转换成电信号。
超声波测距的原理一般采用渡越时间法TOF（time of flight）。首先测出超声波从发射到遇到障碍物返回所经历的时间，再乘以超声波的速度就得到二倍的声源与障碍物之间的距离 测量距离的方法有很多种，短距离的可以用尺，远距离的有激光测距等，超声波测距适用于高精度的中长距离测量。因为超声波在标准空气中的传播速度为340米/秒，由单片机负责计时，单片机使用12.0M晶振，所以此系统的测量精度理论上可以达到毫米级。 由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播距离远，因而超声波可以用于距离的测量。利用超声波检测距离，设计比较方便，计算处理也较简单，并且在测量精度方面也能达到要求。 超声波发生器可以分为两类：一类是用电气方式产生超声波，一类是用机械方式产生超声波。本课题属于近距离测量，可以采用常用的压电式超声波换能器来实现。 根据设计要求并综合各方面因素，可以采用AT89S51单片机作为主控制器，用动态扫描法实现LED数字显示，超声波驱动信号用单片机的定时器完成，超声波测距器的系统框图如下图所示： 超声波测距器系统设计框图 主要由单片机系统及显示电路、超声波发射电路和超声波检测接收电路三部分组成。采用AT89S51来实现对CX20106A红外接收芯片和TCT40-10系列超声波转换模块的控制。单片机通过P1.0引脚经反相器来控制超声波的发送，然后单片机不停的检测INT0引脚，当INT0引脚的电平由高电平变为低电平时就认为超声波已经返回。计数器所计的数据就是超声波所经历的时间，通过换算就可以得到传感器与障碍物之间的距离。
利用plc的高速计数模块进行超声波测距实验 ―――――微型控制计算机暑期设计实验报告 082039140程稳 利用51单片机来驱动超声波模块测距，是一件很容易的事，只需要结合定时中断和外部中断，利用12M或更高的晶振频率即可精确获取从发射到接收到超声波之间的时间，平均1ms对应 3.4cm的行程，本GE比赛设计需要物位测量的最大距离是30cm,即需要30*2/3.4=17.64ms,而GE PAC RX3i的PME软件梯形图程序得扫描周期2ms以上，就算是最快的定时节点也有1ms,所以若直接用PLC的普通离散量输入模块IC694MDL654输入节点来测量接收到超声波回波的时间的误差为1ms,误差距离3.4/2=1.7cm,结果自然不理想，更严重的问题在于PLC该模块无硬件中断响应功能，是不能测电平宽度的。总之PLC的IO口工作在低速模式下是难以胜任高速测量任务的，但可喜的是GE PLC 的高速计数模块HSC304能处理2MHZ的信号，但仍无硬件中断功能。于是想能否干脆把单片机测出的电平时间数据通过串口发送给PLC，我也试着这样连线测试，不过PLC串口的使用不像单片机这么简单，没有相关资料，PLC内部寄存器找不到PLC从单片机接收的数据。于是仍决定放弃此方案，回到高速计数模块。再认真阅读此模块配置信息和实验调试后，发现其可以测量出外部信号频率，于是想既然PLC无法直接测电平宽度，那干嘛不测量频率，有了频率自然有周期，有周期自然有电平宽度！
利用plc的高速计数模块检测超声波测距仪的信号接收端的频率，正常情况下应使用频率直接求得周期接而来计算时间，但由于实际测得这样根本很难实现，所以直接测频率，并利用示波器查看该频率的波形，并修改程序使得在所测距离变化的情况下，一周期内的低电平保持不变（高电平所持续的时间表示超声波从发出到接收到所经历的时间，低电平是延时，为了使得波形正常），然后测出频率及其所对应的距离。 以下是用虚拟示波器测出的超声波模块在不同距离测量回波接收脚电压波形：
摘要 随着科技的发展，人们生活水平的提高，城市发展建设加快，城市给排水系统也有较大发展，其状况不断改善。但是，由于历史原因合成时间住的许多不可预见因素，城市给排水系统，特别是排水系统往往落后于城市建设。因此，经常出现开挖已经建设好的建筑设施来改造排水系统的现象。城市污水给人们带来了困扰，因此箱涵的排污疏通对大城市给排水系统污水处理，人们生活舒适显得非常重要。而设计研制箱涵排水疏通移动机器人的自动控制系统，保证机器人在箱涵中自由排污疏通，是箱涵排污疏通机器人的设计研制的核心部分。控制系统核心部分就是超声波测距仪的研制。因此，设计好的超声波测距仪就显得非常重要了。 介绍了一种以A T 89C2051 单片机为核心, 利用超声波的特性设计出低成本、高精度测距仪的方法。给出了这种测距仪的硬件原理电路和主要的软件设计思路,用Psp ice 对硬件的主要部分进行了模拟仿真。根据理论分析和试验统计对设计进行改进, 电路达到了预期的效果。 关键词：AT89C2051; 超声波；测距 Abstract With the development of science and technology, the improvement of people's tandard of living, speeding up the development and construction of the city. Urban rainage system have greatly developed their situation is constantly improving. However,due to historical reasons many unpredictable factors in the synthesis of her time, the city drainage system. In particular drainage system often lags behind urban construction.Therefore, there are often good building excavation has been building facilities to upgrade the drainage system phenomenon. It brought to the city sewage, and it is clear to the city sewage and drainage culvert in the sewage treatment system. comfort is very important to people's lives. Mobile robots designed to clear the drainage culvert and the automatic control system Free sewage culvert clear guarantee robot, the robot is designed to clear the culvert sewage to the core. Control System is the core component of the development of ultrasonic range finder. Therefore, it is very important to design a good ultrasonic range finder. A kind of u lt rason ic telem eter based on A T 89C205 is in t roduced. Th is telem eter is provided w ith som e m er it s such as low co st and h igh2accu racy becau se of the u lt rason ic w ave character ist ic. The hardw are p r incip le elect r ic circu it and them ain sof tw are design idea are show ed. The sim u lat ion of the m ain par t of the hardw are has been done w ith P sp ice. A t last, acco rding to the theo ret ical analysis and the exper ience som e imp rovem en t s of the design are m ade. The system has ach ieved the an t icipated effect. Key words:AT89C2051; Silent Wave；Measure Distance
（一）题目 超声波测距系统设计 （二）内容及要求 1）设计内容 采用40KHz的超声波发射和接收传感器测量距离。可采用发射和接收之间的距离，也可将发射和接收平行放在一起，通过反射测量距离。 功能：1）LCD液晶显示测量距离，精确到小数点后一位（单位：cm）。 2）测量方式可通过硬件开关预置。 3）测量范围：30cm～200cm， 4）误差＜0.5cm。 5）其它。 2）设计要求 1）掌握传感器的工作原理及相应的辅助电路设计方法。 2）独立设计原理图及相应的硬件电路。 3）设计说明书格式规范，层次合理，重点突出。并附上详细的原理图。（三）传感器工作原理 超声波测距是通过不断检测超声波发射后遇到障碍物所反射的回波，从而测出发射和接收回波的时间差t,然后求出距离S=Ct/2，式中的C为超声波波速。由于超声波也是一种声波，其声速C与温度有关，表1列出了几种不同温度下的声速。在使用时，如果温度变化不大，则可认为声速是基本不变的。如果测距精度要求很高，则应通过温度补偿的方法加以校正。声速确定后，只要测得超声波往返的时间，即可求得距离。这就是超声波测距仪的机理。 （四）系统框图 图1 超声波测距系统框图 （五）单元电路设计原理
1、AT89C2051的功能特点 AT89C2051是一个2k字节可编程EPROM的高性能微控制器。它与工业标准MCS-51的指令和引脚兼容，因而是一种功能强大的微控制器，它对很多嵌入式控制应用提供了一个高度灵活有效的解决方案。AT89C2051有以下特点：2k字节EPROM、128字节RAM、15根I/O线、2 个16位定时/计数器、5个向量二级中断结构、1个全双向的串行口、并且内含精密模拟比较器和片内振荡器，具有4.25V至5.5V的电压工作范围和12MHz/24MHz工作频率，同时还具有加密阵列的二级程序存储器加锁、掉电和时钟电路等。此外，AT89C2051还支持二种软件可选的电源节电方式。空闲时，CPU停止，而让RAM、定时/计数器、串行口和中断系统继续工作。可掉电保存RAM的内容，但可使振荡器停振以禁止芯片所有的其它功能直到下一次硬件复位。 AT89C2051有2个16位计时/计数器寄存器Timer0t Timer1。作为一个定时器，每个机器周期寄存器增加1，这样寄存器即可计数机器周期。因为一个机器周期有12个振荡器周期，所以计数率是振荡器频率的1/12。作为一个计数器，该寄存器在相应的外部输入脚P3.4/T0和P3.5/T1上出现从1至0的变化时增1。由于需要二个机器周期来辨认一次1到0的变化，所以最大的计数率是振荡器频率的1/24，可以对外部的输入端P3.2/INT0和P3.3/INT1编程，便于测量脉冲宽度的门。 图2 ATC2051示意图 2、LCD的工作原理 在两片玻璃基板上装有配向膜，所以液晶会沿着沟槽配向，具有偶极矩的液晶棒状分子在外加电场的作用下其排列状态发生变化，使得通过液晶显示器件的光被调制，从而呈现明与暗或透过与不透过的显示效果。液晶显示器件中的每个显示像素都可以单独被电场控制，不同的显示像素按照控制信号的“指挥”便可以在显示屏上组成不同的字符、数字及图形。因此建立显示所需的电场以及控制显示像素的组合就成为液晶显示驱动器和液晶显示控制器的功能。 LCD器件是由背光源发射的光通过偏振片和液晶盒时，控制投
题目：超声波测距仪的设计 超声波测距仪的设计 一、设计目的： 以51单片机为主控制器，利用超声波模块HC-SR04，设计出一套可在数码管上实时显示障碍物距离的超声波测距仪。 通过该设计的制作，更为深入的了解51的工作原理，特别是51的中断系统及定时器/计数器的应用；掌握数码管动态扫描显示的方法和超声波传感器测距的原理及方法，学会搭建51的最小系统及一些简单外围电路(LED显示电路)。从中提高电路的实际设计、焊接、检错、排错能力，并学会仿真及软件调试的基本方法。 二、设计要求： 设计一个超声波测距仪。要求： 1.能在数码管上实时显示障碍物的实际距离； 2.所测距离大于2cm小于300cm，精度2mm。 三、设计器材： STC89C52RC单片机 HC-SR04超声波模块 SM410561D3B四位的共阳数码管 9014三极管（4） 按键（1） 电容（30PF2，10UF1） 排阻（10K），万用板，电烙铁，万用表，5V直流稳压电源，镊子，钳子，
导线及焊锡若干，电阻（200欧5）。 四、设计原理及设计方案： （一）超声波测距原理 超声测距仪是根据超声波遇到障碍物反射回来的特性进行测量的。超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即中断停止计时。通过不断检测产生波发射后遇到障碍物所反射的回波，从而测出发射超声波和接收到回波的时间差T，然后求出距离L。基本的测距公式为：L=(△t/2)*C 式中 L——要测的距离 T——发射波和反射波之间的时间间隔 C——超声波在空气中的声速，常温下取为344m/s 声速确定后，只要测出超声波往返的时间，即可求得L。 根据本次设计所要求的测量距离的围及测量精度，我们选用的是HC-SR04超声波测距模块。(如下图所示)。此模块已将发射电路和接收电路集成好了，硬件上不必再自行设计繁复的发射及接收电路，软件上也无需再通过定时器产生40Khz的方波引起压电陶瓷共振从而产生超声波。在使用时，只要在控制端‘Trig’发一个大于15us宽度的高电平,就可以在接收端‘Echo’等待高电平输出。单片机一旦检测到有输出就打开定时器开始计时。 当此口变为低电平时就停止计时并读出定时器的值，此值就为此次测距的时间，再根据传播速度方可算出障碍物的距离。 （二）超声波测距模块HC-SR04简要介绍 HC-SR04超声波测距模块的主要技术参数使用方法如下所述： 1. 主要技术参数： ①使用电压：DC5V ②静态电流：小于2mA ③电平输出：高5V
基于单片机的超声波测距系统实验报告
一、实验目的 1.了解超声波测距原理； 2.根据超声波测距原理，设计超声波测距器的硬件结构电路； 3.对设计的电路进行分析能够产生超声波，实现超声波的发送与接收，从而实现利用 超声波方法测量物体间的距离； 4.以数字的形式显示所测量的距离； 5.用蜂鸣器和发光二极管实现报警功能。 二、实验容 1.认真研究有关理论知识并大量查阅相关资料，确定系统的总体设计方案，设计出系 统框图； 2.决定各项参数所需要的硬件设施，完成电路的理论分析和电路模型构造。 3.对各单元模块进行调试与验证； 4.对单元模块进行整合，整体调试； 5.完成原理图设计和硬件制作； 6.编写程序和整体调试电路； 7.写出实验报告并交于老师验收。 三、实验原理 超声波测距是通过不断检测超声波发射后遇到障碍物所反射的回波，从而测出发射和接收回波的时间差t，然后求出距S=Ct/2，式中的C为超声波波速。由于超声波也是一种声波，其声速C与温度有关。在使用时，如果温度变化不大，则可认为声速是基本不变的。如果测距精度要求很高，则应通过温度补偿的方法加以校正。声速确定后，只要测得超声波往返的时间，即可求得距离。这就是超声波测距仪的机理，单片机(AT89C51)发出短暂的40kHz信号,经放大后通过超声波换能器输出；反射后的超声波经超声波换能器作为系统的输入,锁相环对此信号锁定,产生锁定信号启动单片机中断程序,得出时间t,再由系统软件对其进行计算、判别后,相应的计算结果被送至LED显示电路进行显示。 （一）超声波模块原理： 超声波模块采用现成的HC-SR04超声波模块，该模块可提供 2cm-400cm 的非接触式距离感测功能，测距精度可达高到 3mm。模块包括超声波发射器、接收器与控制电路。基本工作原理：采用 IO 口 TRIG 触发测距，给至少 10us 的高电平信号;模块自动发送 8 个 40khz 的方波，自动检测是否有信号返回；有信号返回，通过 IO 口 ECHO 输出一个高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。测试距离=(高电平时间*声速(340M/S))/2。实物如下图1。其中VCC 供5V 电源，GND 为地线，TRIG 触发控制信号输入，ECHO 回响信号输出等四支线。
目录 摘要 (3) 第一章绪论 (5) 1.1 课题背景 (5) 1.2 论文研究内容 (7) 第二章方案论证 (8) 第三章整机的工作原理 (11) 3.1 测量与控制方法 (11) 3.2 检测与驱动电路设计 (12) 3.3 逻辑符合表 (16) 3.4 AT24C02简介 (18) 3.5 超声波测距发射电路 (19) 3.6 超声波测距接收电路 (20) 3.7 温度检测电路 (21) 3.8 显示电路原理 (21) 第四章整机电路的运行与调试 (25) 4.1 超声波测距电路误差分析 (25) 4.2 声速对测量精度的影响分析 (26) 结论 (27) 致谢 (28) 参考文献 (29)
毕业设计任务书 一、毕业设计题目： 超声波测距电路设计 二、技术要求： 采用测距专用集成电路SB5227，设计出发送电路和接收电路以及温度检测电路，并能显示出测量值。 三、毕业设计完成的具体内容 1、实习、搜集资料； 2、选择设计方案，设计实体电路； 3、电路原理说明及元器件选择； 4、绘制电器原理框图； 5、绘制电路图（2#图） 6、列写元器件资料表； 7、编写毕业设计说明书（一万字左右） 包括：封面、毕业设计（论文）任务书、论文题目、目录、摘要、正文、结束语、致谢、参考文献、附录等。 四、参考文献： 《传感器与检测技术》陈杰，黄鸿高等教育出版社2002.1-5 《传感器及应用》王煜东，北京：机械工业出版社，2003.11 《实用声光及无线电遥控电路》赵健，北京：中国电力出版社，2005 《传感器及其应用电路》何希光，北京：电子工业出版社，2001 《红外线热释电与超声波遥控电路》肖景和等，人民邮电出版社，2003
超声波测距系统设计
论文题目：超声波测距系统设计 摘要 超声波具有不受外界光及电磁场等因素的影响的优点，超声波测距作为一种有效的非接触式测距方法已被应用于多个领域。 本设计采用渡越时间法，硬件系统分为发射模块、接收模块、显示模块、中央处理模块四个部分。本设计采用STC89C52单片机作为微型中央处理器并由软件实现40kHz脉冲经放大电路从超声波发射探头T-40发射出超声波，接收探头R-40收到声波后经集成芯片CX20106A放大滤波整形后回送到单片机计算，通过发射与接收的时间差和声速计算出距离。本系统使用四位共阳极LED数码管显示距离，能实时显示即时距离。 经测试,在30cm～200cm范围内，误差能控制在2cm以内。根据实验数据进行了误差分析，并提出了解决方案，最后对超声波测距技术的发展进行了展望。通过系统的调试和测试，本设计基本完成了设计要求。 【关键词】单片机，超声波，测距，渡越时间法； 【论文类型】应用型
Title: The design of ultrasonic distance measurement system Major:Electronic and Information Engineering Name: Zhang Yankun Signature:_______ Supervisor: Zhang Xiaoli Signature:_______ ABSTRACT The advantages of ultrasound without the influence of outside light and electromagnetic fields and other factors , ultrasonic distance measurement as an effective non-contact distance measurement method has been used in many fields. This design uses the transit time method, the hardware system is divided into transmitter module, receiver module and display module, the central processing module. This design uses a microcontroller STC89C52 as micro central processing unit and 40 kHz pulse by the software, The ultrasonic emission from the ultrasonic probe the T-40 via the amplifier circuit. Acoustic